3.6 Порошкова металургія (металокераміка)
Виробництво деталей з порошків металів або металів і неметалів називають порошковою металургією або металокерамікою. З’явилась можливість виготовляти нові технічні матеріали, з властивостями які не можна досягти традиційними методами. З’єднання металів з неметалами називають металокерамічними матеріалами або керметами. Вони поєднують у собі тугоплавкість, жаростійкість і твердість кераміки з електро- та теплопровідністю, пластичністю та іншими властивостями металів.
Вихідний матеріал і метод отримання порошків впливають на хімічний склад, розміри і форму часточок. Порошки з одного матеріала, але отримані різними методами матимуть різні технологічні, фізико-хімічні та механічні властивості.
3.6.1 Характеристика металічних порошків
Металічні порошки виготовляють механічним і фізико-хімічним методами.
Механічний метод передбачає подрібнення металів та їх сплавів на млинах (дробарках) різних типів. Отримують порошки заліза, чавуну, бронзи та інших малопластичних матеріалів. Хімічний склад не змінюється, але можливе забруднення продуктами зносу.
Фізико-хімічний метод поділяється на види:
відновлення металів з окислів – найбільш поширений, високопродуктивний та економічний. Отримують порошки заліза, вольфрама, міді, молібдена, титана, тантала та інші;
електроліз водних розчинів солей метала. Отримують порошки заліза, міді, олова, свинцю та інші;
електроліз розплава. Отримують порошки рідких тугоплавких металів – цирконія, ванадія, тантала, ніобія;
розпилення стиснутим повітрям або газом. Отримують порошки легкоплавких металів.
Виготовлені металічні порошки характеризують такими показниками (факторами):
Розмір часток для більшості промислових виробів коливається у межах від 2…3мкм до 0,2…0,3мм.
Форма часток дуже різноманітна та залежить від метода і режима виробництва. На якість виробів практично не впливає.
Об’ємна маса характеризується насипною масою і масою утрушеного порошка. Для конструкційних деталей використовують порошки з великою, а для високопористих виробів з малою насипною масою. Її визначають як масу одиниці об’єма вільно насипаного порошка. Масу утрушеного порошка визначають після віброущільнення.
Відносна щільність – відношення об’ємної маси до щільності матеріала порошка.
Сипучість характеризується швидкістю проходження порошка через отвір D=4,0мм, г/с. Вона залежить від розміру і форми часток та вологи і погіршується при зменшенні розміру.
Пресуємість характеризується здатністю ущільнюватись, набувати і утримувати задану форму після стискування. Вона залежить від розміра і форми часток, сипучості, попередньої обробки порошків.
Кількість домішок визначається у готовій продукції. До домішок відносять всі хімічні елементи (крім кисню), які є у матеріалі.
3.6.2 Асортимент, маркування та упакування порошків
В залежності від вихідного матеріала порошки бувають із заліза, з сплавів на основі заліза, з кольорових металів і сплавів та порошки з металів з неметалами.
Порошки заліза (ПЖ) за хімічним складом поділяють на 5 груп ПЖ1 (98,5%Fe), ПЖ2, ПЖ3, ПЖ4, ПЖ5 (94,0% Fe ), за гранулометричним складом – на 4 групи К – крупні (150…450мкм), С – середні (40…150мкм), М – дрібні (10…40мкм), ОМ – дуже дрібні (0,5…10мкм), за насипною масою – на 3 підгрупи (1 – 1,8…2,1г/см3, 2 – 2,1…2,6 г/см3, 3 – 2,6…3,0г/см3). Маркування таких порошків літерно-цифрове.
Наприклад:
П Ж 4 М 3
Порошки з сплавів на основі заліза (чавуни та сталі). Через дуже різноманітний хімічний склад випускаємих чавунів та сталей виготовляють порошки широкого марочного асортимента. Вони мають літерно-цифрове маркування яке складається з базових літер: П – порошок, Ж – залізо, Ч – чавун. Легуючі елементи маркують за принципом легованої сталі. Після марки через дефіс цифрою позначають групу порошка по вмісту домішок, наприклад ПХ18Н12-1.
Порошки з кольорових металів і сплавів випускають будь-яких марок в залежності від запитів промисловості. Найбільш поширені мідні (ПМ), нікелеві (ПН), свинцеві (ПС), титанові (ПТ), кобальтові (ПК), вольфрамові (ПВ), вольфрамкобальтові (ПВК), титанотанталові (ПТТ) та інші. Цифрою позначають марку в залежності від вміста домішок. Групи гранулометричної характеристики позначають літерами (М – дрібнозернисті, С – середньозернисті, В – крупнозернисті). Наприклад ПК-1М, ПМ-2С.
Порошки металів з неметалами – композиції складені з металічної фази (сплави заліза або тугоплавкі метали) і добавок графіта, кремнія, карбідів, боридів або нітридів металів. Найбільш поширені:
залізографітові – ЖГр-0,3; ЖГр-1, ЖГр-2, ЖГр-3, ЖГр-7, ЖГр2Д2,5; ЖР3К1;
бронзографітові – БрОГр-10-2, БрОГр-10-4, БрОГр-4, БрОГр-10;
нікельграфітові – УПГ-1, УПГ-1к;
а також срібнографітові, металографітові, кремнієві, з карбідами бора або ванадія, з нітридами алюмінія тощо.
Порошки упаковують у металеві банки або м’які спеціалізовані контейнери. На кришку банки наклеюють етикетку (ярлик), а саму банку обклеюють папером. Банки встановлюють на дерев’яний піддон і обв’язують металевою стрічкою або дротом. З кожного довгого боку пакета наклеюють етикетку з номером партії.
При упакуванні у м’які спеціалізовані контейнери спочатку засипають порошок у поліетиленовий пакет який щільно прошивають дротом і пломбують. Пакет перегинають і обв’язують бавовняною стрічкою. У перегин вкладають етикетку (ярлик). На м’який контейнер прив’язують бирку з другим екземпляром етикетки.
Кожна партія порошків супроводжується сертифікатом якості. При транспортуванні та зберіганні захищати від механічних пошкоджень та атмосферних опадів.